內(nèi)因：電池本身發(fā)生化學變化，失效的物理、化學變化本質(zhì)，研究尺度可以追溯到原子、分子尺度，研究失效過程的熱力學、動力學變化。

 

外因：電池外部物理原因導致鋰電池失效，主要包括撞擊、針刺、人為破壞等外部因素，通過物理方式導致鋰電池失效。

 

1

容量衰減失效

若在標準循環(huán)范圍內(nèi)，循環(huán)次數(shù)無法滿足達到500次時放電容量應不低于初始容量的90%，或者循環(huán)次數(shù)達到1000次時放電容量不應低于初始容量的80%的現(xiàn)象均屬于容量衰減失效。這主要是由材料的失效、電池制造工藝、電池使用環(huán)境等客觀因素有關。

 

2

內(nèi)短路

鋰離子電池中發(fā)生內(nèi)部短路可能是鋰枝晶的形成或壓縮沖擊等情況引起的，往往會引起鋰離子電池的自放電，容量衰減，局部熱失控以及引起安全事故。

 

3

內(nèi)阻增大

當電池內(nèi)阻增大時，伴隨而生的還有能量密度下降、電壓功率下降、電池產(chǎn)熱等失效問題。影響其產(chǎn)生的主要因素是電池關鍵材料，此外還與電池使用環(huán)境有關。

 

4

產(chǎn) 氣

在電池化成工藝過程中消耗電解液形成穩(wěn)定SEI膜所發(fā)生的產(chǎn)氣現(xiàn)象為正常產(chǎn)氣，但是過渡消耗電解液釋放氣體或正極材料釋氧等現(xiàn)象屬于異常放氣。常出現(xiàn)在軟包電池中，會造成電池內(nèi)部壓力過大而變形、撐破封裝鋁膜、內(nèi)部電芯接觸問題等。

 

5

熱失控

鋰電池熱失控是指電池內(nèi)部局部或整體的溫度急速上升熱量不能及時散去，大量積聚在內(nèi)部，并誘發(fā)進一步的副反應。誘發(fā)鋰電池熱失控的因素為非正常運行條件，即濫用、短路、倍率過高、高溫、擠壓以及針刺等。

 

6

析 鋰

析鋰即在電池的負極表面析出金屬鋰，是一種常見的鋰電池老化失效現(xiàn)象。析鋰會使電池內(nèi)部活性鋰離子減少，出現(xiàn)容量衰竭，而且會形成枝晶刺穿隔膜，就會導致局部電流和產(chǎn)熱過大，最終造成電池安全性問題。目前主要是通過加入電解液添加劑、人造SEI、高鹽度電解液、結構化負極、優(yōu)化電池結構來抑制析鋰失效的產(chǎn)生。

 

一般來說，鋰離子電池出現(xiàn)安全問題表現(xiàn)為燃燒甚至爆炸，出現(xiàn)這些問題的根源在于電池內(nèi)部的熱失控，除此之外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等問題也會導致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會發(fā)熱，如果產(chǎn)生的熱量超過了電池熱量的耗散能力，鋰離子電池就會過熱，電池材料就會發(fā)生SEI膜的分解、電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應和負極與粘合劑的反應等破壞性的副反應。

 

 

 

 1 

正極材料的安全隱患

 

當鋰離子電池使用不當時，導致電池內(nèi)部溫度的升高，使正極材料會發(fā)生活性物質(zhì)的分解和電解液的氧化。同時，這兩種反應能夠產(chǎn)生大量的熱，從而造成電池溫度的進一步上升。不同的脫鋰狀態(tài)對活性物質(zhì)晶格轉變、分解溫度和電池的熱穩(wěn)定性影響相差很大。

 

 2 

負極材料的安全隱患

 

早期使用的負極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電后易產(chǎn)生鋰枝晶，進而刺破隔膜，導致電池短路、漏液甚至發(fā)生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效避免鋰枝晶的產(chǎn)生，大大提高鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態(tài)下的碳負極首先與電解液發(fā)生放熱反應。相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應的放熱速率遠大于與嵌鋰的中間相碳微球、碳纖維、焦碳等的反應放熱速率。

 

 3 

隔膜與電解液的安全隱患

 

鋰離子電池的電解液為鋰鹽與有機溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發(fā)生熱分解，并與微量的水以及有機溶劑之間進行熱化學反應，降低電解液的熱穩(wěn)定性。電解液有機溶劑為碳酸酯類，這類溶劑沸點、閃點較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應，易被氧化。

 

 4 

制造工藝中的安全隱患

 

鋰離子電池在制造過程中，電極制造、電池裝配等過程都會對電池的安全性產(chǎn)生影響。如正極和負極混料、涂布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸道工序的質(zhì)量控制，無一不影響電池的性能和安全性。漿料的均勻度決定了活性物質(zhì)在電極上分布的均勻性，從而影響電池的安全性。漿料細度太大，電池充放電時會出現(xiàn)負極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現(xiàn)金屬鋰的析出；漿料細度太小會導致電池內(nèi)阻過大。涂布加熱溫度過低或烘干時間不足會使溶劑殘留，粘結劑部分溶解，造成部分活性物質(zhì)容易剝離；溫度過高可能造成粘結劑炭化，活性物質(zhì)脫落造成電池內(nèi)部短路。